Press Fit-Ponieważ płytki drukowane mają szeroki zakres przypadków użycia i zastosowań, wymagają różnych technik i technologii do ich produkcji. Najważniejszą cechą płytki drukowanej jest jej łączność. Istnieje wiele sposobów tworzenia połączeń na płytce drukowanej podczas procesu montażu. Jednym z najbardziej popularnych jest użycie technologii press-fit. W tym poradniku dowiemy się, czym ona jest oraz jakie są plusy i minusy jej stosowania. Ponadto, zostanie zbadane, jak można zintegrować ją z procesem montażu.
Co to jest technologia Press Fit?
Press-fit
piny złącz elektronicznych na płytkach drukowanych
Press-fit to technologia bezlutowa, która pozwala na tworzenie elektryczno-mechanicznych połączeń pomiędzy płytkami drukowanymi i komponentami. Podczas procesu Press-fit, maszyna lub technik wciska pin w otwór przelotowy płytki PCB.
Następnie, producent spawa na zimno punkty kontaktowe pomiędzy pinami a ściankami poszycia. Proces spawania na zimno tworzy strefy gazoszczelne.
Zastosowanie tej technologii może być preferowane w stosunku do technologii montażu przelotowego i powierzchniowego, ponieważ tworzy wysoce niezawodne połączenia. Ponadto, może ona pomóc producentom uniknąć naprężeń termicznych na PCB podczas procesu montażu, ponieważ nie wymaga lutowania.
Zastosowanie technologii press-fit jest na ogół prostym procesem. Jako taki, producenci mogą potencjalnie wykorzystać go w prawie każdym połączeniu kontaktowym z PCB. Jednak większość z nich stosuje je w wyjątkowych produkcjach.
Zalety technologii Press-Fit
Niektóre z kluczowych zalet technologii press-fit to:
Umożliwia tworzenie połączeń międzysystemowych z powszechnymi wskaźnikami failures in time (FIT).
Może skutkować niskim wskaźnikiem rewizji i szybszym czasem produkcji, ponieważ nie wymaga lutowania.
Pomaga producentom uniknąć wad związanych z lutowaniem, takich jak pozostałości topnika, kulki lutownicze, zimne połączenia lutowane itp.
Nie wymaga ogrzewania nagłówków, a tym samym pomaga uniknąć rozszerzalności cieplnej.
Jest to rozwiązanie bardziej przyjazne dla środowiska w porównaniu z lutowaniem, ponieważ nie wymaga tak wielu środków chemicznych podczas procesu produkcji i montażu.
Może to skutkować oszczędnością kosztów i poprawą jakości w przypadku starszych konstrukcji.
Tolerancja Press Fit
Piny złącza a PCB
Inżynieria mechaniczna wymaga, aby komponenty albo łatwo się ze sobą zsuwały, albo były trwale dopasowane. Tolerancja Press-fit należy do drugiej kategorii. Kiedy producenci projektują płytki PCB, używają zestawu wymiarów i pomiarów. Często wymiary produktu końcowego odbiegają od początkowego planu.
Połączenia Press-fit mogą mieć zarówno dwustronną jak i jednostronną tolerancję. Tolerancja opisuje, jak bardzo produkt końcowy może odbiegać od planu i pozostać funkcjonalny. Możemy to postrzegać jako "miejsce na błąd".
Obliczanie siły i ciśnienia wcisku
Kiedy używamy maszyny do nakładania pinów na PCB, ważne jest, aby zrozumieć siłę wymaganą do prawidłowego zaangażowania i rozłączenia uchwytów. Możemy użyć następującego wzoru, aby obliczyć minimalną siłę wymaganą przez maszynę do nałożenia i ewentualnie usunięcia pinów:
F = μ x pmax x A
μ: Opisuje tarcie pomiędzy trzpieniami a ścianą galwanizowanych otworów przelotowych
pmax: Odnosi się do nacisku między kołkami a ściankami galwanizowanych otworów przelotowych
A: Odnosi się do powierzchni styku pomiędzy bolcem a ściankami otworów przelotowych.
Możesz obliczyć generowany nacisk pomiędzy pinami a ściankami otworów przelotowych na PCB dzieląc siłę przez powierzchnię (p = F/A).
Równanie to może być nieco przytłaczające i trudne do zrozumienia. Dlatego zamieściliśmy link do arkusza Excel zawierającego zestaw przykładowych liczb i pomiarów. Możesz użyć tego arkusza do obliczenia wymaganej siły, dostosowując niektóre z pomiarów i liczb. Dodatkowo, pomoże Ci on również obliczyć powierzchnię styku.
Uwaga: Wał odnosi się do sworznia. Hub odnosi się do ścian płytki z otworami przelotowymi.
Maksymalną siłę przenoszoną (dostarczaną bez poślizgu) można obliczyć za pomocą następującego wzoru:
T = F x d ÷ 2
F: Odnosi się do maksymalnej siły wymaganej do zatrzaśnięcia i rozłączenia sworzni.
d: Odnosi się do średnicy sworznia (wału)
Rodzaje sworzni wciskanych
Istnieją dwa główne typy sworzni wciskanych. Pierwszy z nich ma solidną strefę wciskania. Zasadniczo ten typ sworznia ma niską tolerancję, ale wysoką stabilność. Drugi to sworzeń z elastyczną strefą wciskania. Ma on wyższy współczynnik tolerancji i jest bardziej zgodny.
Materiał sworznia wciskanego
Sworznie składają się zazwyczaj z trzech różnych sekcji. Sekcje te obejmują górne poszycie, które działa jako wykończenie, poszycie dla ochrony i materiał bazowy dla fundamentu.
Każda sekcja szpilki wykorzystuje różne materiały. Jednak ten skład może zależeć od producenta PCB procesora. Niemniej jednak, poniżej znajduje się zestawienie wszystkich materiałów, których używamy do budowy pinów, uporządkowanych według sekcji:
Top plating: Czysta cyna (Sn)
Underplate: Czysty Nikiel (Ni)
Materiał bazowy: Stop miedzi wzmacniany cyną (CuSn4), stop miedzi z fosforobrązem (CuSn6), stop miedzi hartowany opadowo (CuNisi), miedź o wysokiej wydajności (CuCrAgFeTiSi)
Kiedy stosować złączki zaciskowe w montażu?
Automatyczna maszyna pick and place do montażu PCB
Podejmując decyzję, czy warto zastosować tę technologię w procesie projektowania lub montażu, należy rozważyć kilka kwestii. Na przykład, użycie kołków może nie być odpowiednie dla masowych produkcji, nawet w przypadku zautomatyzowanych procesów montażu wciskowego.
Ponadto, znalezienie i zainstalowanie odpowiednich maszyn i uchwytów może zwiększyć koszty produkcji, głównie jeśli używasz niestandardowej konfiguracji tłoczonej na wcisk. Jednak ta technologia jest idealna do miniaturyzacji obwodów i modularyzacji. Jest również wysoce niezawodna i może obniżyć niektóre koszty materiałowe.
Czy Press-Fit jest przepuszczalny?
Mikrokontroler z pinami press-fit podłączony do breadboardu
Podobnie jak lutowanie, możemy użyć press-fitu do tworzenia trwałych połączeń. Musimy jednak upewnić się, że nasze pomiary są poprawne podczas angażowania pinów w otwory przelotowe. Proces ten opiera się głównie na naprężeniach i tarciu.
Jeśli pasowanie jest wystarczająco ciasne, szpilki powinny być w stanie stworzyć trwałe połączenia. Jeśli jednak nie ma wystarczającego tarcia lub naprężenia między wtyczką a ściankami otworu przelotowego, gwóźdź może nie być w stanie utrzymać wystarczającego nacisku, aby stać samodzielnie lub utrzymać trwałe połączenie.
Podsumowanie
W powyższym przewodniku przeanalizowano technologię press-fit dla płytek PCB. Ponadto omówiono, czy jest ona realną alternatywą dla konwencjonalnych technologii montażu, takich jak SMT i THT. Możemy stwierdzić, że istnieje wiele korzyści wynikających z zastosowania technologii press-fit, a więc jest ona na czasie. Niemniej jednak, przy wyborze producenta do produkcji projektów PCB press-fit, należy wybrać renomowanego wytwórcę PCB. Ta metoda jest najlepszym sposobem na zapewnienie jakości i trwałości produktów.
